Химия - Бартон, Дерек Харолд Ричард - Результаты научных исследований
01 марта 2011Оглавление:
1. Бартон, Дерек Харолд Ричард
2. Годы войны
3. Восхождение в науке
4. Результаты научных исследований
5. Личная жизнь
6. Почести, премии и награды
7. Материалы
За свою активную и замечательную карьеру Бартон опубликовал 1041 работу. В сборник «Правда и вымысел: размышления об исследованиях в органической химии» . Бартон отобрал только 137 работ. Около 300 человек работали для Бартона годами, и это было одной из причин рекорда по массовости его публикаций, другая причина же заключалась в его огромном удовольствии от публикаций своей работы.
Бартон считал, что самое важное в исследовании - это новизна, которую можно достичь лишь интеллектом, тяжелой работой и интуитивной прозорливостью. Его совет молодым ученым был простым:
| « | В университетском мире, если вы знаете, как провести реакцию, вам не следует заниматься ею. Вы должны работать только над теми важными реакциями, которые вы не знаете, как сделать. | » |
Первая публикация
Первая работа Бартона, опубликованная в 1943 году, описывала быстро испаряющиеся выделения этилхинона из мучных жучков под воздействием давления . И это стало началом его пожизненного интереса к природным соединениям, а некоторые из них позднее предопределили его открытия химических реакций.
Исследование химии стероидов
После того, как Бартон произвел структурную характеристику интермедиата в биосинтезе стероидных гормонов млекопитающих, он сотрудничал с Р.Б. Вудвордом и A.А. Патчетом в реализации частичного синтеза ланстерола из исходного холестерина . Этот успешный синтез решил несколько давно поставленных структурных проблем в этой области.
Рис. 1 Структуры клеродина и лимонина.
Бартон также активно публиковался на тему синтеза тритерпеноидов, стероидных алкалоидов, сесквитерпеноидов, грибных метаболитов, горечи из растений и их структур. Для решения структурных вопросов он видел большие возможности рентгеноструктурного анализа. Однако здесь не обошлось без недоразумений. Структура клеродина, выделенного из ранее известного Clerodendrum Infortunatum, была опубликована на основе рентгеновской кристаллической структуры как структура его энантиомера . Эта ошибка впоследствии привела к некорректному описанию почти 300 структур, родственных клеродину, до тех пор, пока через много лет спустя не была исправлена.
Бартон особенно гордился работой о лимонине, в своей статье в журнале Experientia, опубликованной в 1960 году, совместно с Д. Аригони, Э. Дж. Кори, О. Джегером он говорит, что открыта новая группа природных соединений – лимоноидов .
Схема 1. Синтез усникового диацетата
Другие исследования грибных метаболитов включали анализ состава глауконовой, глаукановой и бис-сохламиковой кислот, сделанный в основном Джеком Болдуином и состава геодина и эрдина - Яном Скоттом. Работа Бартона по биосинтезу фенольных алкалоидов основывалась на двустадийном синтезе усниковой кислоты, включающем окислительное сдваивание двух фенольных колец и позднее была продолжена в полном обзоре Тедом Кохен в 1957 году, предопределившем большинство будущих исследований, в частности исправленный метод биосинтеза морфия.
Приблизительно в это же время началась работа по Amaryllidaceae alkaloids. Это был очень продуктивный период совместной работы Бартона с Гордоном Кирби, и две статьи из этого периода выделяются и сейчас: первая работа – это работа по биосинтезу галантамина , к которому сегодня, как и в 1962 году, проявляется значительный интерес, ввиду их анти-Альцгеймерова эффекта; вторая – работа по биосинтезу морфия, сделанная в соавторстве с Аланом Баттерсби и его студентами. Эта работа помогла определить последние стадии синтезов в соответствии с более ранними гипотезами и поэтому была особенно примечательна .
1950-1980 гг. для Бартона были интенсивным периодом работы с природными соединениями, включая структурное определение, частичные синтезы и в особенности биосинтезы фенольных алкалоидов и стероидов. Учитывая недостаток аналитического оборудования в это время поразительно, чего химики этого поколения смогли достичь.
Реакция Бартона
Бартон активно занимался теорией стероидного биосинтеза, особенно его интересовало определение стереохимии скваленового эпоксида и последующего процесса циклизации, в соответствии с механизмами Эшенмозера-Сторка.Говоря о стероидах, для начала необходимо вспомнить глубокий интерес Бартона к фотохимическим реакциям, который появился, когда он занимался изучением сантонина. Это привело к изофотосанктоновому лактону и люмосантонину, которые в то время были актуальным объектом исследования для многих групп. Нитритный фотолиз, нашедший замечательное применение к синтезу ацетата альдестерона и 18-гидроксиоэстрона сейчас известен как реакция Бартона.
Исследовательском институт медицины и химии в Кэмбридже, Массачусетс под руководством Морис Пеше обозначил проблему создания альдостерона из простых реагентов и в экономичном ключе. Проблема включала активацию метильной группы при С-18, что ранее никогда не реализовывалось. Гениальное решение Бартона представляло процесс соседствующего нитритного фотолиза, в ходе которого происходит распад радикалов, отделение водорода и рекомбинация радикалов монооксида азота, приводящая к образованию гидроксиоксима.
Схема 2. Реакция Бартона
Применение реакции Бартона показало, что ацетат кортикостерона количественно превращается в 11-β-нитрид, который при фотолизе в толуоле дает кристаллический оксим ацетата альдостерола с выходом 21,2 %. Этот замечательный процесс дал Бартону 60 г ацетата альдостерола, в то время как мировое производство составляло всего лишь несколько миллиграммов из естественных источников. Во время лекций по этой теме Бартон будет акцентировать внимание аудитории на этом факте, держа в руках большую бутылку со стероидом.
Схема 3. Реакция Бартона в синтезе оксима ацетата альдостерола.
Бартон достиг впечатляющих успехов в химии радикалов, именно реакция нитридного фотолиза открыла такие важные превращения как синтез лактонов через фотолиз амидов в присутствии иодирующих реагентов и синтез ацильных радикалов из ацилксантатов. В реакции Бартона соединения радикалов не убирают соседние гидроксильные группы , поэтому этот процесс оказался промышленно значимым и впоследствии использовался многими исследовательскими группами по всему миру.
Радикальное фторирование
Бартон всегда предпочитал значимые открытия или изобретение химических реакций. И эти принципы часто проявлялись в его работе. Типичным примером этого подхода была серия статей по электрофильному фторированию. Направляемые требованием промышленности создать хороший и дешевый способ фторирования молекул, Бартон и группа RIMAC придумали гениальное решение этой задачи. Для начала они показали, что CF3OF в присутствии радикальных ингибиторов проявлял себя как эффективный источник положительного фтора . Этот фтор присоединялся к двойным связям исключительно по механизму цис-присоединения Марковникова. Используя эти методы, они также придумали очень практичный способ синтеза 5-фтор-урацила, этот синтез используется и поныне. В области стероидов они показали пользу CF3OF во время фторирования ацетатов 9-енолов с образованием 9-α-фторокортикоидов. Использованием гипофторитных реагентов также может быть достигнуто N-фторирование аминов, иминоэфиров и сульфоноамидов . Группа RIMAC также являлась ведущей в развитии синтеза 1α-гидрокси и 1α,25-дигидрокси витамина D3, который имел достаточно большую биологическую важность .
Другие научные работы
Всеобщее увлечение соединениями, содержащими связи сера-азот, началось в 1973 году. Этот интерес был спровоцирован работой Филиппа Магнуса об открытии3N и его свойствах. Также в это время были разработаны методы синтеза тиоксимов, что позволило впервые определить их стабильность .
Бартон считал работу по пенициллину невыполнимой, несмотря на огромный объем работы, который уже был сделан в этой области. Тем не менее, он также сделал важный вклад в эту область, сначала с Питером Саммес и Тони Барреттом , а позднее в сотрудничестве со Стэфаном Геров Гиф-су-Иве .
В первопроходческой работе с Биллом Баббом были исследованы реакции S4N4, S3N3Cl3 и их производных. Эти первичные исследования были изящно использованы другими научными группами, а также открыли новую область химии.
До 1970 года синтез структурно затрудненных олефинов был проблематичен из-за внутримолекулярных процессов, которые обычно использовались для их получения. Бартон придумал удобные парные вытеснительные реакции , которые хоть и решили проблему, однако, так и не привели к конечной цели – тетра-т-бутилэтилену. Однако эта работа была и вероятно до сих пор является, лучшим путем к структурно затрудненным олефинам. Эти идеи также спровоцировали интерес к структурно затрудненным основаниям и развитию алкилированных гуанидинов, которые и сегодня широко используются.
Похожим образом в это же время был открыт практический метод элиминирования спиртов, который стал известен как реакция Бартона-МакКомби. Эта реакция протекает через радикальный процесс и включает конверсию спирта в тиокарбонильное производное. После обработки трибутилстаннатом эти производные дают соответствующие углеводородные производные, даже если рядом есть функциональные группы, которые могут быть легко элиминированы. Одна только эта реакция открыла богатую область радикальной химии, которая продолжалась всю карьеру Бартона.
Действительно, эта область радикальной химии занимала заведомо большую часть книги избранных статей Бартона , включая элиминирование и декарбоксилирование через эфиры Бартона. Несомненно, радикальные процессы и реакции, открытые Бартоном и его коллегами, имели огромное влияние на современное планирование и применение синтеза. Учитывая их стратегическую важность, эти реакции и концепция будут жить еще долго.
Область исследований, которую Бартон начал во Франции и завершил в Техасе, он ласково называл «Гиф-оксилением» или в более поздних вариантах - «GoAgg системы». Эта работа возникла из интереса к тому, как природа окисляет неактивированные углеводороды. Начавшись ранней статьей вместе с Мазевелом; работа превратилась в большую серию публикаций, по которой через 10 лет был сделан обзор . Эта область химии занимала Бартона в его поздние годы с почти пугающей интенсивностью и преданностью.
Во время поисков окислителей для синтезов, обсуждавшихся ранее, Бартон заинтересовался химией висмута. Вместе с Вилли Мазевелом он показал, что реагенты с Bi в мягких условиях являются эффективными окислителями спиртов . Вскоре после этого случилось открытие даже еще более важного применения прямого фенилирования фенолов .
Просмотров: 7348
|
|